PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENARIKAN KAWAT UNTUK PRAKTIKUM FENOMENA DASAR.
TUGAS AKHIR
BIDANG KONSTRUKSI DAN PERANCANGAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENARIKAN
KAWAT UNTUK PRAKTIKUM FENOMENA DASAR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan
Pendidikan Tahap Sarjana
Oleh :
FIRDAUS . M
NBP. 04 171 025
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2011
ABSTRAK
Kawat pada umumnya banyak digunakan untuk berbagai keperluan dalam
bidang mekanikal dan elektrikal, seperti penahan jembatan gantung, mobil derek,
kabel listrik PLN, dan kabel listrik rumah. Salah satu faktor penting dalam
mekanikal dan elektrikal adalah kawat yang dipergunakan tidak diizinkan putus,
karena bila putus dapat menimbulkan kerugian serta mengancam keselamatan
dari para penggunanya.
Oleh karena itu, dilakukan perancangan dan pembuatan alat uji tarik
berskala laboratorium yang berguna untuk mengetahui kekuatan yang dimiliki
oleh kawat yang dipergunakan sampai kawat tersebut putus. Untuk itu perlu
dilakukan analisis kekuatan yang dimiliki oleh struktur rangka yang dirancang
dan dibuat, sehingga dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam berbagai
keperluan dan beberapa jenis pengujian yang dilakukan dalam struktur rangka
yang dibuat ini. Dimana beberapa jenis pengujian yang bisa dilakukan pada
rangka alat uji berskala laboratorium ini adalah pengujian tarik, defleksi,
getaran.
1.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kawat pada umumnya banyak digunakan untuk berbagai keperluan dalam bidang
mekanikal dan elektrikal, seperti penahan jembatan gantung, mobil derek, kabel
listrik PLN, dan kabel listrik rumah. Material kawat biasanya adalah baja,
aluminium, dan tembaga yang penggunaannya disesuaikan dengan kondisi kerja.
Salah satu faktor penting dalam mekanikal dan elektrikal adalah kawat tidak
diizinkan putus, karena bila putus dapat menimbulkan kerugian serta mengancam
keselamatan dari para penggunanya. Seperti putusnya kabel penahan jembatan
gantung yang dapat membahayakan pengguna jembatan gantung tersebut,
putusnya kabel listrik PLN yang dapat merugikan baik PLN itu sendiri maupun
masyarakat pengguna jasa berupa padamnya listrik atau putusnya kabel listrik
rumah yang menyebabkan kebakaran karena terjadinya konsleting.
Oleh karena itu, kondisi penggunaan kabel yang tepat harus diselidiki. Secara
teoritis, tegangan yang bekerja pada kawat harus berada di atas tegangan ultimate
nominal yang dimiliki oleh kawat tersebut. Namun pada kenyataan kegagalan
yang terjadi tidak selalu terjadi di atas tegangan ultimatenya, terkadang juga
terjadi di bawah tegangan ultimate secara teoritis tersebut. Untuk itu perlu
dilakukan analisis tegangan pada kawat secara eksperimental sehingga dapat
mengantisipasi terjadinya kegagalan.
Oleh sebab itu, dilakukan perancangan dan pembuatan suatu alat yang dapat
menguji tegangan yang dimiliki oleh suatu kawat. Dimana alat uji tarik tersebut
belum ada di Laboratorium Konstruksi Mesin. Dalam bidang konstruksi,
pembuatan rangka dari suatu alat uji merupakan suatu hal yang sangat penting. Di
mana dalam pembuatan rangka tersebut, kita harus memperhatikan beberapa
aspek yang mempengaruhi pembuatan rangka tersebut. Adapun salah satu hal
yang mempengaruhinya adalah nilai – nilai gaya yang bekerja pada setiap
sambungan rangka tersebut. Begitupun halnya dalam pembuatan rangka alat uji
skala laboratorium, agar tidak terjadi kegagalan pada setiap sambungan rangka
alat uji skala laboratorium tersebut.
Oleh sebab itu, dalam tugas akhir ini dirancang dan dibuat konstruksi rangka
berskala laboratorium yang dapat digunakan untuk melakukan beberapa
pengujian. Adapun pengujian yang dapat dilakukan dengan menggunakan
konstruksi rangka tersebut adalah uji tarik, uji defleksi, uji getaran dan lain – lain.
Sehingga dengan adanya konstruksi rangka tersebut dapat menghemat biaya
pembuatan rangka per alat uji.
1.2 Tujuan
Menentukan besar gaya yang bekerja pada tiap – tiap sambungan rangka
alat uji berskala laboratorium.
Menentukan material yang cocok digunakan untuk pembuatan rangka pada
alat uji berskala laboratorium.
Membuat alat uji tarik bertahap untuk kebutuhan praktikum di Laboratorium
Kontruksi Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas dan
menentukan besar gaya yang bekerja pada tiap – tiap sambungan rangka.
1.3 Manfaat
Dengan dilakukannya perancangan dam pembuatan rangka alat uji ini diharapkan
batang – batang yang dirancang dan dibuat dapat menahan beban yang diberikan
pada saat dilakukan pengujian.
1.4 Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini membahas tentang gaya – gaya yang bekerja pada setiap
batang rangka yang terdapat pada alat uji berskala Laboratorium. Dimana gayagaya tersebut diantaranya gaya geser, gaya momen, gaya normal.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan yang digunakan yaitu :
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah dan
sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisa permasalahan
tersebut.
BAB III Metodologi
Bab ini berisikan tentang langkah – langkah pembuatan rangka berskala
laboratorium, peralatan yang digunakan, serta perhitungan dari gaya – gaya
yang bekerja pada tiap sambungan.
BAB IV Analisis dan Pembahasan
Pada bab ini berisikan data dan hasil perhitungan serta analisa dari
pembuatan rangka alat uji berskala laboratorium.
BAB V Penutup
Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
4.1.1 Penentuan Gaya – Gaya pada Rangka Batang
Dari pengujian tarik yang telah dilakukan oleh Fuadi Salman ST, diperoleh data
hasil pengujian sebagai berikut :
Tabel 4.1 Data pengujian penarikan kawat dawai tunggal berdiameter 1,35 mm
dan panjang 1000 mm
Spesimen
Beban (kg)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
18
20
18
19
22.5
13
23.5
12.5
17.5
21.5
P eksperimen (N) σᵤ eksperimen (Mpa) P teoritis (N) σteoritis (Mpa) Defl eksi terukur (mm)
176.58
196.2
176.58
186.39
220.73
127.53
230.54
122.63
171.68
210.92
121.78
135.31
121.78
128.54
152.23
87.95
158.99
84.57
118.4
145.46
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
0.15
0.18
0.16
0.17
0.19
0.11
0.21
0.08
0.16
0.19
ε (%)
0.015
0.018
0.016
0.017
0.019
0.011
0.021
0.008
0.016
0.019
Contoh Perhitungan yang Didapat pada Percobaan Uji Tarik
Sebagai contoh pengolahan data untuk mendapatkan parameter-parameter yang
diinginkan, maka dilakukan perhitungan. Dalam pengolahan data ini dilakukan
perhitungan pada data percobaan yang telah dilakukan oleh Fuadi Salman ST.
Secara teoritis :
Kabel aluminium
= 6101-H111
σ u teoritis
= 14000 psi = 96.53 MPa
Ø kabel
= 1.36 mm
= . ^2
= 3.14 x 0.68
= 1.45 mm²
96.53 =
.
P = 140.15 N
P teoritis = 140.15 N = 14.29 kg
Contoh perhitungan eksperimen :
Tegangan ultimate :
= 121.78
∑ σ u = 130.85 MPa
Elongation :
ε=
.
× 100%
ε = 0.015%
=
176.58
1.45
5.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah data dari rangka dan salah satu contoh pengujian alat uji sederhana
dianalisa akan dapat ditarik kesimpulan bahwa :
Defleksi yang terjadi pada rangka pada saat melakukan pengujian dapat
diabaikan karena nilai defleksinya sangat rendah. Dimana nilai defleksi
terukur dari pengujian penarikan kawat dawai tunggal berdiameter 1,35 mm
dan panjang 1000 mm didapat 0,11 – 0,21 mm. Sedangkan nilai defleksi
terukur dari pengujian penarikan kawat dawai ganda yang dipilin dengan
panjang 1000 mm didapat 0,3 – 0,66 mm.
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan maka didapat tegangan
maksimum yang terjadi pada batang penumpu sebesar 165,9 MPa dan faktor
keamanan yang digunakan 2 di dapat nilai dari
yp
adalah 331,8 MPa.
Dimana dapat diketahui jenis material yang cocok digunakan pada struktur
rangka alat uji yang di buat ini adalah baja St 34 dan St 37 karena kedua
jenis material tersebut masih berada di dalam batasan atau reng yang masih
di izinkan.
Secara keseluruhan, rangka alat uji ini sudah ada dan dapat di pergunakan
pada Laboratorium Kontruksi Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas
Andalas untuk dilakukan berbagai jenis pengujian yang salah satunya adalah
pengujian penarikan kawat.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan pada proses perancangan dan pembuatan alat
uji bersekala laboratorium ini, agar lebih memperhatikan ketelitian dalam
penyambungan ataupun pemotongan bahan.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
http://wikipedia/2009/05/aluminium.html
[2]
Niemann. Gustav. “Elemen Mesin jilid 1 edisi kedua” PT. Gelora Aksara
Pratama, Jakarta, 1982
[3]
Laporan Tugas Akhir “Fadli Pratama” Laboratorium Kontruksi Mesin.
Padang, 2009
[4]
Spott. M. F. “ Design of Machine Elements”, First Metric Edition Mc
Graw Hill Book Company, Singapore, 1987
[5]
Laporan Tugas Akhir “Fuady Salman” Laboratorium Kontruksi Mesin.
Padang,2011
BIDANG KONSTRUKSI DAN PERANCANGAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENARIKAN
KAWAT UNTUK PRAKTIKUM FENOMENA DASAR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan
Pendidikan Tahap Sarjana
Oleh :
FIRDAUS . M
NBP. 04 171 025
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2011
ABSTRAK
Kawat pada umumnya banyak digunakan untuk berbagai keperluan dalam
bidang mekanikal dan elektrikal, seperti penahan jembatan gantung, mobil derek,
kabel listrik PLN, dan kabel listrik rumah. Salah satu faktor penting dalam
mekanikal dan elektrikal adalah kawat yang dipergunakan tidak diizinkan putus,
karena bila putus dapat menimbulkan kerugian serta mengancam keselamatan
dari para penggunanya.
Oleh karena itu, dilakukan perancangan dan pembuatan alat uji tarik
berskala laboratorium yang berguna untuk mengetahui kekuatan yang dimiliki
oleh kawat yang dipergunakan sampai kawat tersebut putus. Untuk itu perlu
dilakukan analisis kekuatan yang dimiliki oleh struktur rangka yang dirancang
dan dibuat, sehingga dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam berbagai
keperluan dan beberapa jenis pengujian yang dilakukan dalam struktur rangka
yang dibuat ini. Dimana beberapa jenis pengujian yang bisa dilakukan pada
rangka alat uji berskala laboratorium ini adalah pengujian tarik, defleksi,
getaran.
1.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kawat pada umumnya banyak digunakan untuk berbagai keperluan dalam bidang
mekanikal dan elektrikal, seperti penahan jembatan gantung, mobil derek, kabel
listrik PLN, dan kabel listrik rumah. Material kawat biasanya adalah baja,
aluminium, dan tembaga yang penggunaannya disesuaikan dengan kondisi kerja.
Salah satu faktor penting dalam mekanikal dan elektrikal adalah kawat tidak
diizinkan putus, karena bila putus dapat menimbulkan kerugian serta mengancam
keselamatan dari para penggunanya. Seperti putusnya kabel penahan jembatan
gantung yang dapat membahayakan pengguna jembatan gantung tersebut,
putusnya kabel listrik PLN yang dapat merugikan baik PLN itu sendiri maupun
masyarakat pengguna jasa berupa padamnya listrik atau putusnya kabel listrik
rumah yang menyebabkan kebakaran karena terjadinya konsleting.
Oleh karena itu, kondisi penggunaan kabel yang tepat harus diselidiki. Secara
teoritis, tegangan yang bekerja pada kawat harus berada di atas tegangan ultimate
nominal yang dimiliki oleh kawat tersebut. Namun pada kenyataan kegagalan
yang terjadi tidak selalu terjadi di atas tegangan ultimatenya, terkadang juga
terjadi di bawah tegangan ultimate secara teoritis tersebut. Untuk itu perlu
dilakukan analisis tegangan pada kawat secara eksperimental sehingga dapat
mengantisipasi terjadinya kegagalan.
Oleh sebab itu, dilakukan perancangan dan pembuatan suatu alat yang dapat
menguji tegangan yang dimiliki oleh suatu kawat. Dimana alat uji tarik tersebut
belum ada di Laboratorium Konstruksi Mesin. Dalam bidang konstruksi,
pembuatan rangka dari suatu alat uji merupakan suatu hal yang sangat penting. Di
mana dalam pembuatan rangka tersebut, kita harus memperhatikan beberapa
aspek yang mempengaruhi pembuatan rangka tersebut. Adapun salah satu hal
yang mempengaruhinya adalah nilai – nilai gaya yang bekerja pada setiap
sambungan rangka tersebut. Begitupun halnya dalam pembuatan rangka alat uji
skala laboratorium, agar tidak terjadi kegagalan pada setiap sambungan rangka
alat uji skala laboratorium tersebut.
Oleh sebab itu, dalam tugas akhir ini dirancang dan dibuat konstruksi rangka
berskala laboratorium yang dapat digunakan untuk melakukan beberapa
pengujian. Adapun pengujian yang dapat dilakukan dengan menggunakan
konstruksi rangka tersebut adalah uji tarik, uji defleksi, uji getaran dan lain – lain.
Sehingga dengan adanya konstruksi rangka tersebut dapat menghemat biaya
pembuatan rangka per alat uji.
1.2 Tujuan
Menentukan besar gaya yang bekerja pada tiap – tiap sambungan rangka
alat uji berskala laboratorium.
Menentukan material yang cocok digunakan untuk pembuatan rangka pada
alat uji berskala laboratorium.
Membuat alat uji tarik bertahap untuk kebutuhan praktikum di Laboratorium
Kontruksi Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas dan
menentukan besar gaya yang bekerja pada tiap – tiap sambungan rangka.
1.3 Manfaat
Dengan dilakukannya perancangan dam pembuatan rangka alat uji ini diharapkan
batang – batang yang dirancang dan dibuat dapat menahan beban yang diberikan
pada saat dilakukan pengujian.
1.4 Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini membahas tentang gaya – gaya yang bekerja pada setiap
batang rangka yang terdapat pada alat uji berskala Laboratorium. Dimana gayagaya tersebut diantaranya gaya geser, gaya momen, gaya normal.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan yang digunakan yaitu :
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah dan
sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisa permasalahan
tersebut.
BAB III Metodologi
Bab ini berisikan tentang langkah – langkah pembuatan rangka berskala
laboratorium, peralatan yang digunakan, serta perhitungan dari gaya – gaya
yang bekerja pada tiap sambungan.
BAB IV Analisis dan Pembahasan
Pada bab ini berisikan data dan hasil perhitungan serta analisa dari
pembuatan rangka alat uji berskala laboratorium.
BAB V Penutup
Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
4.1.1 Penentuan Gaya – Gaya pada Rangka Batang
Dari pengujian tarik yang telah dilakukan oleh Fuadi Salman ST, diperoleh data
hasil pengujian sebagai berikut :
Tabel 4.1 Data pengujian penarikan kawat dawai tunggal berdiameter 1,35 mm
dan panjang 1000 mm
Spesimen
Beban (kg)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
18
20
18
19
22.5
13
23.5
12.5
17.5
21.5
P eksperimen (N) σᵤ eksperimen (Mpa) P teoritis (N) σteoritis (Mpa) Defl eksi terukur (mm)
176.58
196.2
176.58
186.39
220.73
127.53
230.54
122.63
171.68
210.92
121.78
135.31
121.78
128.54
152.23
87.95
158.99
84.57
118.4
145.46
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
140.15
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
96.53
0.15
0.18
0.16
0.17
0.19
0.11
0.21
0.08
0.16
0.19
ε (%)
0.015
0.018
0.016
0.017
0.019
0.011
0.021
0.008
0.016
0.019
Contoh Perhitungan yang Didapat pada Percobaan Uji Tarik
Sebagai contoh pengolahan data untuk mendapatkan parameter-parameter yang
diinginkan, maka dilakukan perhitungan. Dalam pengolahan data ini dilakukan
perhitungan pada data percobaan yang telah dilakukan oleh Fuadi Salman ST.
Secara teoritis :
Kabel aluminium
= 6101-H111
σ u teoritis
= 14000 psi = 96.53 MPa
Ø kabel
= 1.36 mm
= . ^2
= 3.14 x 0.68
= 1.45 mm²
96.53 =
.
P = 140.15 N
P teoritis = 140.15 N = 14.29 kg
Contoh perhitungan eksperimen :
Tegangan ultimate :
= 121.78
∑ σ u = 130.85 MPa
Elongation :
ε=
.
× 100%
ε = 0.015%
=
176.58
1.45
5.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah data dari rangka dan salah satu contoh pengujian alat uji sederhana
dianalisa akan dapat ditarik kesimpulan bahwa :
Defleksi yang terjadi pada rangka pada saat melakukan pengujian dapat
diabaikan karena nilai defleksinya sangat rendah. Dimana nilai defleksi
terukur dari pengujian penarikan kawat dawai tunggal berdiameter 1,35 mm
dan panjang 1000 mm didapat 0,11 – 0,21 mm. Sedangkan nilai defleksi
terukur dari pengujian penarikan kawat dawai ganda yang dipilin dengan
panjang 1000 mm didapat 0,3 – 0,66 mm.
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan maka didapat tegangan
maksimum yang terjadi pada batang penumpu sebesar 165,9 MPa dan faktor
keamanan yang digunakan 2 di dapat nilai dari
yp
adalah 331,8 MPa.
Dimana dapat diketahui jenis material yang cocok digunakan pada struktur
rangka alat uji yang di buat ini adalah baja St 34 dan St 37 karena kedua
jenis material tersebut masih berada di dalam batasan atau reng yang masih
di izinkan.
Secara keseluruhan, rangka alat uji ini sudah ada dan dapat di pergunakan
pada Laboratorium Kontruksi Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas
Andalas untuk dilakukan berbagai jenis pengujian yang salah satunya adalah
pengujian penarikan kawat.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan pada proses perancangan dan pembuatan alat
uji bersekala laboratorium ini, agar lebih memperhatikan ketelitian dalam
penyambungan ataupun pemotongan bahan.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
http://wikipedia/2009/05/aluminium.html
[2]
Niemann. Gustav. “Elemen Mesin jilid 1 edisi kedua” PT. Gelora Aksara
Pratama, Jakarta, 1982
[3]
Laporan Tugas Akhir “Fadli Pratama” Laboratorium Kontruksi Mesin.
Padang, 2009
[4]
Spott. M. F. “ Design of Machine Elements”, First Metric Edition Mc
Graw Hill Book Company, Singapore, 1987
[5]
Laporan Tugas Akhir “Fuady Salman” Laboratorium Kontruksi Mesin.
Padang,2011